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目录 1

第1章　路由器基础 1

1.1　路由器的概念 1

1.2　路由器基本结构与功能 1

1.3　路由器的分类 2

1.4　分组处理流程 3

1.5　路由器体系结构的演化 4

1.5.1　基于CPU转发的总线型路由器 4

1.5.2　基于Cache转发的总线型路由器 4

1.5.3　基于交叉开关的交换型路由器 5

1.5.4 高扩展交换网络路由器 6

1.6　路由器评价指标 7

1.6.1　路由器配置与功能指标 7

1.6.2　路由器性能指标 11

第2章　高性能路由器概述 14

2.1 高性能路由器的兴起与发展 14

2.1.1 高性能路由器的基本特征 14

2.1.2 网络运营商对路由器的要求 15

2.1.3 高性能路由器产品演化历程 15

2.1.4　高性能路由器发展的应用需求 16

2.1.5 高性能路由器使能技术 18

2.2　高性能路由器的组成 19

2.2.1 高性能路由器的基本组成 19

2.2.2 高性能路由器的结构特点 20

2.2.3 高性能路由器软件系统 22

2.2.4　高性能路由器信息流模型 23

2.3 高性能路由器新型体系结构 25

2.3.1 Cisco CRS结构 26

2.3.2　ForCES结构 26

2.3.3　虚拟路由器（virtual router） 28

2.4.1 高性能路由器实现的扩展性 30

2.4　高性能路由器的扩展性设计 30

2.4.2 高性能路由器QoS支持的扩展性 33

2.4.3　高性能路由器多播支持的扩展性 35

2.4.4　并行技术的应用 36

2.5　高性能路由器可靠性设计 37

2.5.1　路由器的可靠性要求 37

2.5.2　优雅重启和无中断转发 38

2.5.3　硬件系统的冗余设计 39

2.5.4　软件系统的可靠性 39

2.5.5　在线升级能力 39

2.6.3　控制平面的调节能力 40

2.6.2 高性能的服务 40

2.5.6　对网络可靠性的支持 40

2.6　高性能路由器服务的灵活性 40

2.6.1 服务分离 40

2.6.4　接口的灵活性 41

2.6.5　转发引擎的灵活性 41

2.6.6　服务意识和QoS支持 41

2.7　高性能路由器的测试 42

2.7.1 高性能路由器的评估测试 42

2.7.2　测试规范 44

2.7.3 测试内容 44

3.1.1　基本交换结构 46

3.1.2　共享存储结构 46

第3章　高速交换技术 46

3.1　基本交换结构 46

3.1.3 Crossbar交换结构 47

3.2 Crossbar工作模式与调度算法 48

3.2.1 Crossbar交换开关的分类 48

3.2.2 Crossbar交换开关的构造 52

3.2.3 Crossbar的调度 53

3.2.4　单播调度算法 54

3.2.5　多播调度算法 56

3.2.6　支持服务质量的调度算法 59

3.2.7　交换背板的设计 61

3.3　高可扩展交换结构 61

3.3.1 Crossbar的局限性 61

3.3.2　多级交换结构 62

3.3.3　动态网络 62

3.3.4　静态网络 67

3.3.5　并行分组交换体系结构 68

3.4.1 交换结构的实现 69

3.4　路由器交换结构设计 69

3.4.2　构造大型路由器交换结构 70

3.4.3　容错与可靠性 70

3.4.4 多播的支持 70

3.4.5　缓冲区管理和QoS 71

3.4.6　定长和变长报文 71

3.4.7　报文延时控制 71

3.4.8 大容量交换芯片的实现 73

3.4.9　波长交换和IP路由的综合 73

4.2.1 10吉比特以太网接口 74

4.2　高速以太网接口 74

第4章　高速接口技术 74

4.1 高性能路由器典型的高速接口 74

4.2.2　10吉比特以太网的应用 75

4.2.3 高速以太网的可靠性和RPR协议 76

4.3 高速POS接口 77

4.4　40Gbit/s接口 79

4.4.1 40Gbit/s路由器接口技术的发展动力 79

4.4.2 40Gbit/s关键技术问题 79

4.4.3 40Gbit/s线路接口解决方案 79

4.5 链路聚合 80

4.6 VSR接口 81

4.6.1 VSR接口应用 82

4.6.2 VSR接口构造 83

4.7　高速接口的测试 83

第5章 高性能转发引擎 84

5.1　转发引擎的功能与结构 84

5.1.1　多协议转发功能 84

5.1.2　服务质量控制 85

5.2.1 流量管理系统的组成 87

5.2　转发引擎流量管理系统 87

5.1.4　转发引擎的结构 87

5.1.3　安全策略控制 87

5.2.2　报文分类 89

5.2.3 流量测量 89

5.2.4　流量监管 90

5.2.5　流量整形 91

5.2.6　报文调度 91

5.2.7　缓冲区管理 93

5.3.1　最长前缀匹配 94

5.3　路由表查找 94

5.3.2　IP路由查找面临的挑战 95

5.3.3 高性能路由器的路由表查找 96

5.3.4　基于键树的算法 96

5.3.5　硬件解决方案 98

5.3.6　PATRICIA算法示例 98

5.3.7　硬件直接查表算法示例 101

5.3.8　TCAM算法示例 103

5.4　报文分类 104

5.4.1　报文分类技术 104

5.4.2　报文分类面临的挑战 105

5.4.3　典型的分类算法 106

5.5.1 排队 111

5.5　排队与调度 111

5.5.2　RED算法 112

5.5.3　报文调度 116

5.5.4　基本调度算法 118

5.6　高速转发引擎的实现 123

5.6.1　转发平台发展阶段 123

5.6.2 高速大容量报文缓冲技术 124

5.7　Cisco快速转发（CEF） 125

6.1 网络处理器的概念 128

第6章 网络处理器的应用 128

6.2　网络处理器的特色 129

6.2.1　处理速度 129

6.2.2　编程能力 130

6.2.3 多协议和业务扩展的支持 130

6.2.4　可靠性和灵活性 131

6.2.5　推动基于深度报文处理的业务发展 131

6.2.6　易于管理 131

6.2.7　网络处理器的技术优势 131

6.3.1 网络处理器的应用 132

6.3 网络处理器在高性能路由器中的应用 132

6.3.2 网络处理器在高性能路由器中的应用 133

6.4 网络处理器的接口标准 134

6.5　网络处理器的结构与功能 135

6.5.1　基本结构 135

6.5.2　多协议转发功能 136

6.5.3　树搜索引擎 142

6.5.4　线程调度 145

6.5.5　流量控制功能 145

6.5.6　QoS支持 148

6.6.2　协处理器 151

6.6.3　多处理方式 151

6.6　网络处理器的工作方式 151

6.6.1 多处理器体系结构 151

6.6.4　PE的配置 152

6.6.5 网络处理器的编程和应用开发 153

6.7　网络处理器发展 154

6.7.1 主要产品 154

6.7.2　典型的网络处理器产品 154

6.7.4 网络处理器技术的发展趋势 155

6.7.3 网络处理器产品的评价 155

第7章　高性能路由器软件系统 157

7.1 路由器软件系统结构的演化 157

7.1.1　传统路由器软件结构的局限性 157

7.1.2　高性能路由器软件系统基本结构 158

7.2　高性能路由器软件系统的功能与组成 158

7.2.1　软件组成 158

7.2.2　操作系统 160

7.2.3　路由协议和信令 162

7.2.4　用户界面 162

7.3.2 IOS结构 164

7.3.1 IOS概述 164

7.3 Cisco IOS软件系统 164

7.3.3 IOS XR 165

7.4　高性能路由器软件系统的性能设计 166

7.4.1　路由系统扩展性 166

7.4.2　软件系统性能设计 167

7.5　高性能路由器软件系统的可靠性设计 169

7.5.1 实现软件系统可靠性的基本途径 169

7.5.2　稳定性设计 169

7.5.3　软件系统可靠性结构 170

7.6.1 IP协议栈的测试 172

7.6　软件系统的测试 172

7.6.2　PPP协议测试 173

7.6.3 网管功能测试 173

第8章　路由协议在高性能路由器中的实现 175

8.1 路由表和路由协议 175

8.1.1　路由模式 175

8.1.2　IP路由表 176

8.1.3　路由数据库 177

8.1.4　路由的再发布 179

8.1.5　主要路由协议的功能 179

8.2　路由系统的扩展性 180

8.2.1　路由扩展性问题 181

8.2.2 IGP的扩展性 182

8.2.3 BGP的扩展性 183

8.2.4 提高路由系统扩展性的若干途径 185

8.2.5　路由策略配置对扩展性的影响 186

8.2.6 路由系统实现的扩展性 186

8.3　路由系统的实现 186

8.3.1 路由系统的功能和实现结构 186

8.3.3 OSPF路由协议实现 187

8.3.2 RIP路由协议实现 187

8.3.4 BGP路由协议实现 188

8.3.5　路由再发布的实现 191

8.3.6　转发表的结构与操作 192

8.3.7　转发表的原子更新 194

8.4　路由策略及其实施 195

8.4.1　策略描述语言 195

8.4.2　BGP路由策略 195

8.5　路由系统的测试 198

8.5.1　一致性测试 198

8.5.2　性能测试 200

第9章　高性能路由器中多播功能的实现 201

9.1 典型多播协议 201

9.1.1 多播技术 201

9.1.2 IGMP协议 202

9.1.3 PIM协议 203

9.1.4　域间多播路由协议 209

9.1.5　多播传输协议 214

9.2　多播协议的实现 214

9.2.1 高性能路由器多播系统结构 214

9.2.2　PIM协议的实现 215

9.3 网络处理器多播转发功能 216

9.3.1 网络处理器多播转发表的结构 216

9.3.2　网络处理器多播转发过程 217

9.3.3 网络处理器多播转发的控制 217

9.4　多播系统的测试 218

9.4.1 PIM一致性和互操作性测试内容 219

9.4.2 PIM测试示例 219

9.4.3 多播路由系统的性能测试 220

10.1.1 多协议标记交换 221

10.1 MPLS原理和技术特色 221

第10章 MPLS在高性能路由器中的实现 221

10.1.2 MPLS技术特色 222

10.1.3 MPLS网络 223

10.2 高性能路由器MPLS实现结构 224

10.2.1 MPLS标记交换 224

10.2.2　MPLS标记绑定 225

10.3 MPLS主要功能的实现 225

10.3.1 标记交换路由器的数据转发功能 226

10.3.2 MPLS信令 228

10.3.4 MPLS流量工程 229

10.3.3 MPLS QoS支持 229

10.3.5 MPLS VPN 230

10.4 MPLS的使用和测试 235

10.4.1　配置MPLS流量工程隧道 235

10.4.2 MPLS一致性测试 236

10.4.3 MPLS能力测试 237

第11章 高性能路由器对IPv6的支持 239

11.1 IPv6技术 239

11.1.1　IPv6技术的发展 239

11.1.2　IPv6技术特色 240

11.1.3　IPv6相关标准 241

11.2　高性能路由器IPv6实现技术 242

11.2.1 IPv6的实现 242

11.2.2　协议栈的变化 242

11.2.3　单播路由协议的变化 243

11.2.4　多播协议的变化 245

11.2.5　转发功能实现 247

11.2.6　接口模块设计 250

11.3　IPv6过渡支持 251

11.3.1　过渡方式 251

11.4.1 IPv6的变化 252

11.3.2 IPv6隧道实现 252

11.4 IPv6的讨论 252

11.4.2 IPv6的能力分析 253

11.4.3 推进IPv6技术的动力 254

11.5 IPv6网络的运行与测试 254

11.5.1 IPv6网络的运行状况 254

11.5.2 IPv6在中国 255

11.5.3 IPv6测试 256

12.1.1　路由器访问控制 257

12.1.2　AAA 257

12.1 高性能路由器的安全 257

第12章　高性能路由器安全功能的实现 257

12.2　网络的安全控制 259

12.2.1 Internet和ISP网络安全 259

12.2.2 ACL的有效使用 260

12.2.3 使用流量控制机制预防网络攻击 262

12.2.4 uRPF技术 262

12.3 路由系统的安全 263

12.3.1 路由过滤 263

12.3.2 RIP路由安全 264

12.3.4 BGP路由安全 265

12.3.3 OSPF路由安全 265

12.4　安全功能的高性能实现 267

12.4.1　ACL的加速实现 267

12.4.2 网络安全处理器 268

13.1.1　基本机构 270

13.1.2　地址分配 270

13.1 Internet运营机制 270

第13章　高性能路由器组网与应用 270

13.1.3 Internet规范 271

13.2 Internet结构特征 271

13.2.1 Internet规模拓展 271

13.2.2 Internet层次结构 274

13.2.3 网络拓扑的幂律（Power-Law）特征 275

13.2.4 网络拓扑的小世界（Small-World）特性 279

13.2.5 ISP商业互连关系 281

13.3 Internet运行现状 282

13.3.1 路由器的配置问题 282

13.4　高性能路由器组网 284

13.3.2 ISP运营指南——最佳当前实践（BCP） 284

13.4.1 层次结构 285

13.4.2　城域网的组建 287

13.4.3　组网结构的变化 288

13.5　流量工程 289

13.5.1　流量工程概述 289

13.5.2　传统流量工程方法 291

13.5.3　BGP流量工程 292

13.5.4　MPLS流量工程 293

13.6.1　主要管理功能 294

13.6　高性能路由器与高速网络的管理 294

13.6.2　带宽代理系统 295

13.6.3　综合业务管理 295

13.6.4　策略化管理 295

13.7　高品质网络的构建 296

13.7.1 高品质网络 296

13.7.2　服务质量 296

13.7.3　安全性 297

13.7.4　可靠性 297

附录A　缩略语 300

附录B　主要参考文献 304